科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等與國內(nèi)團(tuán)隊合作，發(fā)展了量子光源受激放大的理論和實驗方法，構(gòu)建了113個光子144模式的量子計算原型機(jī)“九章二號”，并實現(xiàn)了相位可編程功能，完成了對用于演示“量子計算優(yōu)越性”的高斯玻色取樣任務(wù)的快速求解。相關(guān)成果論文于2021年10月26日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖
大規(guī)模量子計算機(jī)的物理實現(xiàn)是世界科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。量子計算的物理實現(xiàn)，國際學(xué)術(shù)界采取三步走的路線圖。其中，第一個里程碑，在學(xué)術(shù)上被稱為“量子計算優(yōu)越性”，其含義是通過高精度地操縱近百個物理比特，用來高效地解決超級計算機(jī)都無法在合理時間內(nèi)解決的特定高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問題，并挑戰(zhàn)“擴(kuò)展的丘奇—圖靈論題”。
2020年，潘建偉團(tuán)隊成功構(gòu)建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機(jī)“九章”，處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機(jī)快一百萬億倍。在“九章”的基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計并實現(xiàn)了受激雙模量子壓縮光源，顯著提高了量子光源的產(chǎn)率、品質(zhì)和收集效率。其次，通過三維集成和收集光路的緊湊設(shè)計，多光子量子干涉線路增加到了144維度。由此，“九章二號”探測到的光子數(shù)增加到了113個，輸出態(tài)空間維度達(dá)到了10的43次方。進(jìn)一步通過動態(tài)調(diào)節(jié)壓縮光的相位，研究人員實現(xiàn)了對高斯玻色取樣矩陣的重新配置，演示了“九章二號”可用于求解不同參數(shù)數(shù)學(xué)問題的編程能力。
根據(jù)現(xiàn)已正式發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典算法理論，“九章二號”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機(jī)快10的24次方倍。這一成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術(shù)水平。著名量子物理學(xué)家、加拿大Calgary大學(xué)教授Barry Sanders同時受邀在Physics網(wǎng)站上謄寫長篇評述文章，稱贊該工作是“令人激動的實驗杰作，“令人印象深刻的最前沿的進(jìn)步”。
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